위상 잡음(Phase Noise)과 위상 지터(Phase Jitter)란?

PLL에서 가장 중요한 지표 중 하나가 Phase Noise입니다.

PLL에 대해서 알고 싶으시면 이전 글을 참고하시길 바랍니다.

2020/10/13 - [분류 전체보기] - [중계기 구성] PLL(Phase Locked Loop)이란?

이번 시간에는 Phase Noise가 무엇이며 왜 PLL에서 중요한 지표인지 알아보겠습니다.

---

위상 잡음(Phase Noise)이란?

주파수 영역에서 주파수 안정성을 나타내는 지표입니다.

위상 잡음은 위상 지터의 결과로 신호의 양쪽으로 퍼져 나가는 노이즈 스펙트럼입니다.

 

PLL에서 중요한 지표라고 했는데요. PLL의 기능이 일정한 주파수를 생성하는 일이죠.

그럼 이러한 모듈의 성능을 무엇으로 판단할 수 있을까요?

'일정한 주파수를 얼마나 잘 만드는지'가 PLL(을 포함한 발진기들)의 성능이 되겠죠.

 

Phase Noise

주파수 도메인에서 특정 주파수 신호를 발생시키면 f1이 이상적인 형태입니다.

하지만 실제로는 Phase Noise가 발생하기 때문에 f2처럼 출력이 되는 거죠.

중심 주파수 이외에서 발생하는 신호 전력은 잡음이라고 볼 수 있기 때문에 결국 Phase Noise라는 일종의 잡음으로 분류합니다.

 

결국 위상 잡음이란 중심 주파수에서 몇 Hz 떨어진 지점에서 중심 주파수 신호 에너지보다 얼마나 전력이 떨어지는지를 나타냅니다. 

 

 

위상 잡음(Phase Noise) 측정

위상잡음 측정 공식입니다.

PN 측정방법

1 GHz에서 10 dBm의 신호를 쐈을때 위상 잡음을 측정해 보겠습니다. 그러려면 중심 지점과 인접 지점의 차이를 구하는 건데 인접 지점을 10KHz 떨어진 곳으로 기준을 잡겠습니다.

반응형

 

Offset Frequency가 10KHz라는 뜻이며 RBW도 고려하여서 측정하게 되면 아래와 같게 됩니다.

위상잡음 측정

10KHz offset일 때 116.14 dBc/Hz가 위상 잡음이 됩니다.

착각하면 안 되는 게 잡음이 크면 안 좋다. 그래서 위상 잡음의 절댓값이 크면 안 좋은 거다 라고 생각하면 절대 안 됩니다. 위상 잡음의 개념 자체가 차이기 때문에 절댓값이 높으면 높을수록 좋은 겁니다.

 

 

위상 지터(Phase Jitter)란?

 

위상 잡음의 원인이 Jitter 때문이라고 합니다.

그럼 Jitter는 뭘까요? 바로 신호가 시간 도메인에서 흔들리는 현상입니다.

Phase Jitter

주로 아래 원인 네 가지로 발생합니다.

  1. 인접 신호 트레이스 간 교차

  2. 민감한 신호 경로의 EMI 방사선

  3. 다층 기판의 전력층에서 발생하는 노이즈

  4. 여러 게이트를 동일한 논리 상태로 동시 전환 시

 

 

정리하자면,

시간축 흔들림 - 위상 지터(Phase Jitter)

주파수축 흔들림 - 위상 잡음(Phase Noise)

위상 잡음은 PLL과 발진기의 성능 지표입니다.